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1、,1框架剪力墙协同工作原理2 铰结体系在水平荷载下的计算3 刚结体系在水平荷载下的计算4 内力计算,第六章 框架剪力墙结构,本章主要内容,框架剪力墙结构，亦称为框架抗震墙结构，简称框剪结构，它是由框架和剪力墙组成的结构体系。,概 述,在钢筋混凝土高层和多层公共建筑中，当框架结构的刚度和强度不能满足抗震或抗风要求时，采用刚度和强度均较大的剪力墙与框架协同工作，可由框架构成自由灵活的大空间，以满足不同建筑功能的要求。,因此，有抗震设防要求时，宜尽量采用框剪结构来替代纯框架结构。框架剪力墙结构适用于需要灵活大空间的多层和高层建筑，如办公楼、商业大厦、饭店、旅馆、教学楼、试验楼、电讯大楼、图书馆、多层
2、工业厂房及仓库、车库等建筑。,一、框架剪力墙结构的变形与受力特征,框架剪切形,剪力墙弯曲形,框架-剪力墙弯曲-剪切形,6.1 框架剪力墙协同工作原理,框架剪力墙结构的变形与受力特征对比：框架剪切型层剪力按照D值分配剪力墙弯曲型层剪力按照EI值分配框剪弯剪型层剪力按照？分配,在下部：剪力墙帮框架受剪框架底部剪力减少在上部：框架帮剪力墙受剪框架顶部剪力加大框架剪力墙结构中的框架，其所受剪力以及层间变形趋于均匀化,二、计算基本思想（合分再分）本章介绍手算的位移协同工作计算方法（连续分析法，可查图表）首先将所有剪力墙合并为总剪力墙，所有框架合并为总框架；把总剪力墙与总框架之间的联系连续化，根据力平衡条
3、件。变形协调条件和力与变形物理关系剪力微分方程（协调工作）解决荷载在总剪力墙与总框架之间的分配，得到各自的总内力和共同的变形曲线。,总剪力墙的总内力按各片墙的等效抗弯刚度EI分配到各片墙，总框架的总内力按各柱的抗侧刚度D值分配至各柱。,三、基本假定（1）平面结构假定纵横两主轴方向分别计算；（2）刚性楼板假定无扭转时，同一楼面上各点水平位移相同；（3）所有结构参数沿建筑高度不变（如有不大的变化，则可取沿高度的加权平均值）。,四、两种计算简图 根据总剪力墙与总框架之间的联系性质，框架剪力墙结构的计算简图可分为两类铰结体系与刚结体系（1）通过楼板联系简化为铰结连梁，形成铰结体系,总剪力墙,总框架,(
4、2)通过楼板和连梁联系简化为刚结连梁，形成刚结体系主要考虑连梁对剪力墙的刚结端，当梁很弱时也可忽略其约束作用而处理成铰结端；框架与总连梁间为铰结，表示楼板的连接作用，至于梁对框架柱的约束作用将反映在D值中,总剪力墙,总框架,1、总剪力墙及总框架的刚度计算总剪力墙抗弯刚度，为每片墙的等效抗弯刚度总框架抗推刚度，表示产生单位层间角位移所需的推力，如下图所示,框架抗剪刚度,框架的D值,6.2 铰结体系协同工作计算,2、微分方程的建立力（荷载）平衡条件：变形协调条件,力与变形关系 剪力墙 框架,上式联立，经整理可得,引入,（称为刚度特征值）,则得,由上式可解出结构的侧移y，并由此求出：,3、计算图表的
5、应用（1）根据荷载形式（有三种）、刚度特征值和高度坐标查图表得系数(p120),（2）根据荷载形式按悬臂杆计算顶点侧移fH，底截面弯矩M0和底截面剪力V0（3）计算结构顶点侧移y、总剪力墙弯矩Mw和剪力VW以及总框架剪力VF,刚结体系与铰结体系的主要区别在于：总剪力墙与总框架之间的连梁对墙肢有约束弯矩。即连梁切开后，除轴力外，还有剪力，将剪力向墙肢截面形心取矩，并沿高度连续化，便形成分布的约束弯矩 m（x），如图。即连梁对墙肢具有约束作用,6.3 刚结体系协同工作计算,1、刚结连梁对墙肢端约束弯矩m(x)的计算,剪力墙与框架间的连梁,剪力墙之间的连梁,刚域取法和连梁约束弯矩系数参照壁式框架,（
6、1）两端有刚域的约束弯矩系数（连梁两端均为剪力墙）,（2）另一端有刚域的约束弯矩系数（连梁一端为剪力墙，另一端为框架）,（3）当转角为(x)，同一层有n个刚结点，并沿层高h离散使之连续化，则总线约束弯矩为,刚结连梁的约束弯矩使剪力墙x截面产生的弯矩为：,相应的剪力(等代剪力)：,相应的荷载(等代荷载)：,刚结连梁的约束弯矩所分担的剪力和荷载,2、微分方程的建立（与铰结体系相仿）,经整理可得,引入,则得,比较铰结体系（1）微分方程相同，因此铰结体系中微分方程的解及图表对刚结体系均适用（2）值的计算不同（3）刚结体系的 相当于铰结体系的，因此剪力计算两者不同，即,用图表得：,由平衡条件：,铰结体系
7、,刚结体系,式中,：称为框架广义剪力,3、计算步骤(1)由荷载形式、查图表，得系数(2)按悬臂杆计算(3)位移与内力结构顶点位移 总剪力墙总弯矩总框架广义剪力总框架总剪力总连梁总约束弯矩总剪力墙总剪力,问题：求出总剪力墙、总框架、总连梁的内力后，如何计算各墙肢、框架梁、框架柱及连梁的内力1、剪力墙的内力按各片墙的等效抗弯刚度 分配总剪力墙的总内力，即,6.4 构件内力计算,2、框架梁柱的内力按照各柱的抗侧刚度D值分配总框架的总剪力VF，并取各楼层上、下两层楼板标高处的VF的平均值作为该层柱中点（反弯点）的剪力，据此剪力按平衡条件再求梁柱的其他内力，各层柱中点的剪力为,为了保证框架的安全，高规规
8、定：VF应不小于0.2V0；对VF0.2V0楼层，设计时取1.5 和0.2V0的较小值，其中V0为地震作用产生的结构底部总剪力，为各层框架部分承担的总剪力中的最大值,3、连梁的内力按连梁的刚结端刚度系数分配总连梁的总约束弯矩，得连梁在墙肢轴线处的弯矩,再求连梁剪力及连梁在墙边处弯矩,墙肢转角相同，连梁反弯点在跨中点,1、刚度特征值对框架结构受力和位移特征的影响刚度特征值，反映了框架抗推刚度（包括连梁约束刚度）与剪力墙抗弯刚度的比值影响。当0时即为纯剪力墙结构，当时即为纯框架结构(1)位移曲线 6时，变形曲线呈剪切形 16时，变形曲线呈弯剪型（或反S型）,6.5 讨论,(2)剪力分配,沿高度 不
9、成一定比例在底部：剪力墙的剪力最大，框架的剪力为0(近似计算造成)在上部：剪力墙出现负剪力，而框架承担的剪力比外荷载产生的剪力还要大在顶部：剪力墙与框架的剪力都不等于0,(3)水平荷载分配对剪力 和 微分后可得荷载 和。在底部：剪力墙所受的荷载 比外荷载 大，而框架承受反向荷载；在顶部：剪力墙与框架有大小相等、方向相反的集中力，这是由于它们的顶部剪力不等于0的缘故,2、框剪结构设计中应注意的问题 框剪结构容易满足平面布置灵活和有较大抗侧刚度的要求。此外，由于框架与剪力墙协同工作，使框架层剪力分布，从底到顶趋于均匀（与纯框架结构中，框架层剪力上小下大不同），这对框架的设计十分有利框架柱和梁的断面
10、尺寸和配筋可以上下比较均匀,由此可以看出三个值得注意的问题：（1）纯框架设计完毕后，如果又增加了一些剪力墙（例如电梯井，楼梯井等改成剪力墙），就必须按框架剪力墙结构重新核算（2）剪力墙与框架协同工作的基本条件是：传递剪力的楼板必须有足够的整体刚度。因此框剪结构的楼板应优先采用现浇楼面结构，剪力墙的最大间距不能超过规定限值,（3）框架结构中剪力墙的容量剪力墙数量多，地震震害减轻，多设剪力墙可以提高建筑物抗震性能。但是剪力墙数量愈多，建筑物用料愈多、造价愈高。剪力墙愈多则刚度愈大，自振周期愈短，地震作用愈大，加大了结构的受力。而且，即使剪力墙再多，框架部分耗用的材料并不能减少（因为）,剪力墙数量要
11、满足位移限值是一个必要条件。此外，应使剪力墙与框架的比例适当，使1.12.2为宜剪力墙的合理数量可参考下表决定。(每一方向剪力墙的刚度之和 kNm2),注：H结构地面以上的高度(m)，W结构地面上的总重量,6.6 框架剪力墙结构设计,框架部分按框架剪切墙部分按剪力墙设计满足一些特殊要求,1.框架部分抗震等级、适用高度和高宽比的调整若由框架承担的部分大于总倾覆力矩（基本振型作用下）的50以上时，按纯框架结构要求确定其抗震等级；当框架部分承担的百分比接近于0时取接近剪力墙结构的适用高度和高宽比,2 框架总剪力的调整框架部分承担的地震剪力满足：不满足上式要求的楼层，其层框架总剪力应按 0.2 V0和
12、 1.5 Vf,max(最大剪力)二者的较小值采用；,双向抗侧力体系刚性连接及构件对中布置剪力墙的布置剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构两个主轴方向的侧向刚度接近；平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；,纵、横剪力墙宜组成 L形、T形和形等型式；单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的40，以免受力过分集中；剪力墙宜贯通建筑物的全高，宜避免刚度突变；剪力墙开洞时，洞口宜下对齐；楼、电梯间等竖井的设置，宜尽量与其附近的框架或剪力墙的布置相结合，使之形成连续、完整的抗侧力结构。,
